DE102004006995B4 - Digital phase-locked loop for sub-μ technologies - Google Patents

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Abstract

Digitaler Phasenregelkreis, mit
– einem digital gesteuerten Oszillator (4) zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz,
– einer Phasendetektoreinrichtung (11, 12, 13) zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen einer Referenzfrequenz und einer von der Ausgangsfrequenz des Oszillators (4) abhängigen Frequenz, und zum Umsetzen der Phasendifferenz in ein digitales Steuersignal, wobei die Phasendetektoreinrichtung (11, 12, 13) einen Delta-Sigma Frequenzentscheider (11) umfasst,
– einem digitalen Schleifenfilter (14), über welches das digitale Steuersignal oder ein von dem digitalen Steuersignal abgeleitetes digitales Signal dem digital gesteuerten Oszillator (4) zur Einstellung der Ausgangsfrequenz zugeleitet wird, und
– einer dem Delta-Sigma Frequenzentscheider (11) nachgeschalteten digitalen Frequenzsteuereinrichtung (12) zur Erzeugung eines Frequenzwerte enthaltenden digitalen Signals zur Ansteuerung des Schleifenfilters (14).
Digital phase-locked loop, with
A digitally controlled oscillator (4) for generating an output frequency,
- a phase detector means (11, 12, 13) for detecting the phase difference between a reference frequency and one of the output frequency of the oscillator (4) dependent frequency, and for converting the phase difference into a digital control signal, wherein the phase detector means (11, 12, 13) comprises a delta-sigma frequency decider (11),
- A digital loop filter (14), via which the digital control signal or a digital signal derived from the digital control signal is supplied to the digitally controlled oscillator (4) for adjusting the output frequency, and
- One of the delta-sigma frequency decision (11) downstream digital frequency control device (12) for generating a frequency value-containing digital signal for driving the loop filter (14).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Phasenregelkreis zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz mit Hilfe eines digital gesteuerten Oszillators.The The invention relates to a digital phase-locked loop for generating an output frequency using a digitally controlled oscillator.

Digitale Phasenregelschleifen, sogenannte PLL (Phase-Locked Loop) kommen in einer Vielzahl von integrierten Schaltungen zum Einsatz. PLL dienen als Takt- und Frequenzsynthesizer, -Generatoren und -Multiplizierer, sie kommen in Zeit-, Daten- und Taktrückgewinnungsschaltungen zum Einsatz und werden ferner in Empfangs- und Sendeschaltkreisen von phasen- oder frequenzmodulierten Systemen verwendet.digital Phase locked loops, so-called PLL (Phase-Locked Loop) come used in a variety of integrated circuits. PLL serve as clock and frequency synthesizers, generators and multipliers, they come in time, data and Clock recovery circuits are used and are also in receiving and transmitting circuits used by phase or frequency modulated systems.

Bisherige Anwendungen verwenden zumeist analoge PLL, welche einen Phasen/Frequenz-Detektor (PFD: Phase/Frequency Detector) umfassen, der die Ausgangsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO: Voltage Controlled Oscillator) mit einer Referenzfrequenz vergleicht und als Ausgangssignal eine Spannung erzeugt, welche die Information der Phasen- und Frequenzdifferenz zwischen der Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators und der Referenzfrequenz enthält. Das Spannungssignal wird einer Ladungspumpe (CP: Charge Pump) zugeführt, welche das Spannungssignal in ein entsprechendes Stromsignal umsetzt. Dieses Stromsignal wird einem Schleifenfilter (LF: Loop Filter) zugeführt, dessen Ausgangssignal den spannungsgesteuerten Oszillator ansteuert. Im Rückkopplungspfad zwischen dem spannungsgesteuerten Oszillator und dem Phasen/Frequenz-Detektor kann ein Frequenzteiler mit einem Teilerfaktor N angeordnet sein. Im eingeregelten Zustand der PLL entspricht die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators der N-fachen Referenzfrequenz.Previous Applications mostly use analog PLL, which is a phase / frequency detector (PFD: Phase / Frequency Detector) include the output frequency of a Voltage Controlled Oscillator (VCO: Voltage Controlled Oscillator) with a reference frequency and as an output signal generates a voltage representing the information of the phase and frequency difference between the output frequency of the voltage controlled oscillator and the reference frequency. The voltage signal is fed to a charge pump (CP: Charge Pump), which converts the voltage signal into a corresponding current signal. This Current signal is fed to a loop filter (LF: Loop Filter) whose Output signal drives the voltage controlled oscillator. in the Feedback path between the voltage-controlled oscillator and the phase / frequency detector can a frequency divider may be arranged with a divider factor N. in the Regulated state of the PLL corresponds to the output frequency of the PLL Voltage controlled oscillator of N times the reference frequency.

In jüngster Zeit wird der Entwurf und die Implementierung von vollständig integrierten PLL angestrebt. Dabei liegen bei der Verwendung moderner CMOS Technologien Bedingungen (beispielsweise verminderte Spannungs- und Leistungsversorgung, Gate-Leckströme, reduziertes gm·r Produkt (Verstärkung)) vor, die für analoge Schaltungskreise weniger günstig als für digitale Schaltkreise sind. Zukünftige CMOS Technologien werden schnellere nMOS und pMOS Transistoren zur Verfügung stellen, die für digitale Schaltkreise exzellent geeignet sind. Darüber hinaus werden mehr als acht Metall-Lagen realisierbar sein, die spiralförmige Induktor-Strukturen ermöglichen, und es besteht die Möglichkeit, MOS-Varaktor-Felder zu realisieren. Dadurch wird die Realisierung von digital gesteuerten VCO, sogenannte DCO (Digital Controlled Oscillator) im Vergleich zu analogen Oszillatoren begünstigt.In recently, Time will be the design and implementation of fully integrated PLL aspired. Here are the use of modern CMOS technologies Conditions (for example, reduced voltage and power supply, gate leakage, reduced gm * r Product (reinforcement)) before that for analog circuits are less favorable than for digital circuits. Future CMOS Technologies will provide faster nMOS and pMOS transistors, the for digital circuits are excellently suited. Furthermore More than eight metal layers will be feasible, the spiral inductor structures enable, and there is a possibility To realize MOS varactor fields. This will be the realization from digitally controlled VCO, so-called DCO (Digital Controlled Oscillator) compared to analog oscillators favored.

Aus der den nächstliegenden Stand der Technik darstellenden Patentschrift DE 100 22 486 C1 ist eine digitale Phasenregelschleife bekannt, welche in integrierter Form realisierbar ist. Die Phasendetektoreinrichtung dieser Schaltung umfasst einen im Wesentlichen analogen Phasen/Frequenz-Detektor.From the nearest prior art illustrative patent DE 100 22 486 C1 a digital phase-locked loop is known which can be realized in integrated form. The phase detector device of this circuit comprises a substantially analog phase / frequency detector.

In der Schrift US 6,580,376 B2 ist ein Phasenregelkreis beschrieben, in welchem ein digitales Phasenfehlersignal durch einen digitalen Integrationsblock integriert und anschließend in ein analoges Signal gewandelt wird. Das integrierte analoge Signal wird einem spannungsgesteuerten Oszillator als Steuersignal zugeleitet. Die Integrationslänge des Integrationsblocks kann durch eine Erhöhung oder Verringerung der Bit-Auflösung von Schaltungen innerhalb des Integrationsblocks variiert werden.In Scripture US 6,580,376 B2 a phase-locked loop is described in which a digital phase error signal is integrated by a digital integration block and then converted into an analog signal. The integrated analog signal is fed to a voltage controlled oscillator as a control signal. The integration length of the integration block can be varied by increasing or decreasing the bit resolution of circuits within the integration block.

Die Schrift US 6,429,693 B1 offenbart eine weitere digitale PLL, welche kompatibel mit modernen Sub-μ-CMOS Technologien ist. Der digitale Phasen/Frequenz-Detektor umfasst einen Zeit-zu-Digital-Wandler, dessen Auflösung durch die Schaltverzögerung eines im CMOS Prozess realisierten Inverters gegeben ist.The font US 6,429,693 B1 discloses another digital PLL that is compatible with modern sub-μ CMOS technologies. The digital phase / frequency detector comprises a time-to-digital converter whose resolution is given by the switching delay of an inverter realized in the CMOS process.

Bei solchen digitalen Phasen/Frequenz-Detektoren wird ein Digitalwort, das die Referenzfrequenz repräsentiert, von einem Digitalwort, welches die (gegebenenfalls geteilte) Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators betrifft, subtrahiert, um den Phasen/Frequenz-Fehlerwert zu erzeugen, welcher dem Ausgangssignal eines analogen Phasen/Frequenz-Detektors entspricht. Der hauptsächliche Nachteil dieser Vorgehensweise besteht im dem Auftreten von nicht kontrollierbaren Störfrequenzen (spurious frequencies), welche aufgrund der endlichen Wortlänge der voneinander zu subtrahierenden Digitalwörter entstehen.at such digital phase / frequency detectors becomes a digital word, that represents the reference frequency, from a digital word representing the (possibly divided) output frequency of the digitally controlled oscillator, subtracted to the Phase / frequency error value which is the output signal an analog phase / frequency detector equivalent. The main one Disadvantage of this procedure is the appearance of not controllable interference frequencies (spurious frequencies), which due to the finite word length of arise from each other to subtracting digital words.

In der Veröffentlichung "Delta-Sigma Modulation in Fractional-N Frequency Synthesis", T.A. Riley, M.A. Copeland und T.A. Kwasniewski, Journal of Solid-State Circuits (JSSC), Band 28, Nr. 5, Seiten 553 bis 559, Mai 1993, ist die Verwendung eines Delta-Sigma Modulators für das einen Frequenzteiler ansteuernde Signal beschrieben. Der Frequenzteiler ist als Zwei-Modulus-Teiler realisiert. Durch die Delta-Sigma Modulation wird der Einfluss von Störfrequenzen im Vergleich zu bekannten Fraktional-N-Teilern in Phasenregelschleifen verringert.In the publication "Delta Sigma Modulation in Fractional-N Frequency Synthesis ", T.A. Riley, M.A. Copeland and T.A. Kwasniewski, Journal of Solid State Circuits (JSSC), Vol. 28, No. 5, pages 553 to 559, May 1993, is the use of a delta sigma Modulators for the signal driving a frequency divider described. The frequency divider is implemented as a two-modulus divider. By the delta-sigma modulation becomes the influence of interfering frequencies in comparison to known fractional-N dividers in phase-locked loops reduced.

In der Veröffentlichung "An Oversampling Delta-Sigma Frequency Discriminator", R.D. Beards, M.A. Copeland, IEEE Transactions on Circuits and Systems-II.: Analog and Digital Signal Processing, Band 41, Nr. 1, Seiten 26 bis 32, Januar 1994, ist eine Frequenzentscheider-Schaltung angegeben, die aus einem Zwei-Modulus Frequenzteiler und einem dem Frequenzteiler nachgeschalteten Phasenkomparator besteht. Der Implementierungsvorteil dieser Schaltung besteht darin, dass Zwei-Modulus Frequenzteiler relativ einfache digitale Schaltkreise sind, die bei niedriger Leistungsaufnahme mit hoher Frequenz (mehreren Gigahertz) betrieben werden können. Der Frequenzentscheider wird im Frontend eines Zwischenfrequenz-Heterodyn-Empfängers eingesetzt.In the publication "An Oversampling Delta-Sigma Frequency Discriminator", RD Beards, MA Copeland, IEEE Transactions on Circuits and Systems-II .: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 41, No. 1, pp. 26 to 32, January 1994, a Frequenzentscheider circuit is given, which consists of a two-modulus frequency divider and a frequency comparator downstream of the phase comparator consists. The implementation advantage of this circuit is that two-modulus frequency dividers are relatively simple digital circuits that can operate at high frequency (several gigahertz) at low power consumption. The Frequenzentscheider is used in the front end of an intermediate frequency heterodyne receiver.

US 5,266,907 offenbart eine Phasenregelschleife, bei der ein Delta-Sigma-Frequenzdetektor vorgesehen ist. US 5,266,907 discloses a phase locked loop in which a delta-sigma frequency detector is provided.

US 5,781,044 offenbart einen Delta-Sigma-Frequenzsynthesizer, bei dem ein Delta-Sigma-Frequenzdiskriminator und ein Schleifenfilter vorgesehen sind. US 5,781,044 discloses a delta-sigma frequency synthesizer in which a delta-sigma frequency discriminator and a loop filter are provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Phasenregelkreis anzugeben, der einen hohen Digitalisierungs grad aufweist und (dennoch) exzellente PLL-Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen (Herstellungs- und/oder Betriebsbedingungen) ermöglicht. Insbesondere sollen möglichst keine Störfrequenzen auftreten und PLL-Eigenschaften wie beispielsweise Jitter (Phasenrauschen), Jittertoleranz, Bandbreite im eingeschwungenen Zustand, Frequenzauflösung, Phasen/Frequenz-Modulation usw. über geeignete Design-Parameter einfach und dem jeweiligen Einsatzbereich entsprechend kontrolliert bzw. eingestellt werden können.Of the Invention is based on the object, a digital phase locked loop which has a high degree of digitization and (nevertheless) excellent PLL properties under different conditions (manufacturing and / or operating conditions). In particular, should as possible no interference frequencies occur and PLL characteristics such as jitter (phase noise), Jitter tolerance, steady state bandwidth, frequency resolution, phase / frequency modulation etc. over suitable design parameters simple and the respective field of application can be controlled or adjusted accordingly.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The The invention is based task by the Characteristics of claim 1 solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß Anspruch 1 weist der erfindungsgemäße digitale Regelkreis einen digital gesteuerten Oszillator zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz auf. Ferner umfasst der digitale Regelkreis eine Phasendetektoreinrichtung zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen einer Referenzfrequenz und einer von der Ausgangsfrequenz des Oszillators abhängigen Frequenz, und zum Umsetzen der Phasendifferenz in ein digitales Steuersignal. Mittels eines digitalen Schleifenfilters wird das digitale Steuersignal oder ein von dem digitalen Steuersignal abgeleitetes digitales Signal dem digital gesteuerten Oszillator zur Einstellung der Ausgangsfrequenz zugeleitet. Erfindungsgemäß kennzeichnet sich der digitale Phasenregelkreis dadurch, dass die Phasendetektoreinrichtung einen Delta-Sigma Frequenzentscheider umfasst.According to claim 1 shows the inventive digital Control circuit a digitally controlled oscillator for generating a Output frequency on. Furthermore, the digital control circuit comprises a Phase detector means for detecting the phase difference between a reference frequency and one of the output frequency of the oscillator dependent Frequency, and for converting the phase difference into a digital one Control signal. By means of a digital loop filter is the digital control signal or digital derived from the digital control signal Signal the digitally controlled oscillator to adjust the output frequency fed. According to the invention the digital phase locked loop characterized in that the phase detector means comprises a delta-sigma frequency decider.

Durch die Verwendung eines Delta-Sigma Frequenzentscheiders in der Phasendetektoreinrichtung weist diese einen einfachen und für die Integration in Sub-μ-CMOS Prozesse geeigneten Aufbau auf. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass das durch die Frequenzquantisierung erzeugte Rauschen in höhere Frequenzbereich – oberhalb der Übertragungsbandbreitengrenze der eingeschwungenen PLL – verschoben wird. Dadurch wird die Unterdrückung von Störfrequenzen entscheidend verbessert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen PLL besteht darin, dass infolge des Delta-Sigma Frequenzentscheiders auf einen Ladungspumpen-Schaltkreis im Signalweg hinter dem Frequenzentscheider verzichtet werden kann. Infolgedessen kann erreicht werden, dass der gesamte digitale Phasenregelkreis keinerlei integrierte oder diskrete Kondensatoren um fasst. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße digitale Phasenregelkreis ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf Jitter und Einschwingverhalten aufweisen.By the use of a delta-sigma frequency discriminator in the phase detector device this one has a simple and for integration into sub-μ CMOS processes suitable structure. Another significant advantage exists in that the noise generated by the frequency quantization in higher Frequency range - above the transmission bandwidth limit the settled PLL - shifted becomes. This will be the suppression of interfering frequencies decisively improved. Another advantage of the PLL according to the invention is that due to the delta-sigma frequency decision to a charge pump circuit in the signal path behind the Frequenzentscheider can be waived. As a result, it can be achieved that the entire digital phase locked loop has no integrated or discrete capacitors to summarizes. In addition, the inventive digital Phase locked loop excellent properties in terms of jitter and transient behavior.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dem Delta-Sigma Frequenzentscheider eine digitale Frequenzsteuereinrichtung zur Erzeugung eines Frequenzwerte enthaltenden digitalen Signals zur Ansteuerung des Schleifenfilters nachgeschaltet. Diese Frequenzsteuereinrichtung kann durch einen einfachen Zwei-Wege-Multiplexer realisiert sein.According to one advantageous embodiment is the delta-sigma frequency decision a digital frequency control device for generating a frequency values containing digital signal for driving the loop filter downstream. This frequency control device can by a be implemented simple two-way multiplexer.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das digitale Schleifenfilter von dritter oder höherer Ordnung. Durch ein Schleifenfilter dritter Ordnung wird eine Dämpfung von –60 dB/Dekade erreicht, wodurch das Frequenzquantisierungsrauschen ausreichend weggefiltert wird.To a particularly preferred embodiment of the invention is digital loop filters of third or higher order. Through a loop filter third order is a damping of -60 dB / decade achieved, whereby the frequency quantization noise sufficient is filtered away.

Das digitale Schleifenfilter ist vorzugsweise vom Butterworth-, Bessel-, Chebyshev- oder Cauer-Typ, wobei die beiden zuletzt genannten Filtertypen aufgrund ihrer steilen Abschneidecharakteristik besonders bevorzugt sind.The Digital loop filters are preferably from the Butterworth, Bessel, Chebyshev or Cauer type, with the latter two filter types particularly preferred due to its steep cutoff characteristic are.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, ein Wellendigitalfilter als digitales Schleifenfilter zu wählen. Wellendigitalfilter kommen mit einer geringeren Wortlänge der Filterkoeffizienten und der internen Zustandsvariablen aus. Ferner benötigen Wellendigitalfilter eine geringere Leistungsaufnahme als übliche Digitalfilter. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Wellendigitalfiltern besteht darin, dass sie nach einem Überlaufen, wie es beispielsweise von einem Rauschimpuls hervorgerufen werden kann, ein exzellentes Wiederherstellungsverhalten zeigen. Aufgrund der inhärenten Passivität eines Wellendigitalfilters sollte die Filterantwort auf einen Eingangs-Rauschimpuls vollständig verschwinden. Wellendigitalfilter sind der Veröffentlichung "Explicit Formulas for Lattice Wave Digital Filters", L. Gazsi, IEEE Transactions on Circuits and Sys tems, Band 32, Nr. 1, Seiten 68 bis 88, Januar 1985, zu entnehmen.A further advantageous embodiment of the invention is characterized thereby, a wave digital filter as a digital loop filter too choose. Wave digital filters come with a shorter word length Filter coefficients and the internal state variables. Further need Wave digital filter lower power consumption than conventional digital filters. One further advantage in the use of wave digital filters in that after an overflow, as caused for example by a noise pulse can show an excellent recovery behavior. by virtue of the inherent passivity of a wave digital filter, the filter response to an input noise pulse should completely disappear. Wave digital filters are the publication "Explicit Formulas for Lattice Wave Digital Filters ", Gazasi, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Volume 32, No. 1, pages 68 to 88, January 1985, refer to.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass zwischen der digitalen Frequenzsteuereinrichtung und dem Schleifenfilter ein Integrator angeordnet ist. Der digitale Integrator hat die Aufgabe, Frequenzinformation in Phaseninformation umzusetzen. Obgleich der digitale Integrator auch an anderer Position im Signalpfad, z.B. hinter dem Schleifenfilter oder zwischen einer (im Folgenden noch näher beschriebenen) Abtastraten-Umwandlungsschaltung und einem Noise-Shaper (Rauschformungsstufe) vorgesehen sein kann, liegt seine optimale Position zwischen der digitalen Frequenzsteuereinrichtung und dem Schleifenfilter, da in dieser Position ein optimaler dynamischer Aussteuerbereich und eine geringe Leistungsaufnahme gegeben sind.A further advantageous embodiment of The invention is characterized in that an integrator is arranged between the digital frequency control device and the loop filter. The task of the digital integrator is to convert frequency information into phase information. Although the digital integrator may be provided at a different position in the signal path, eg behind the loop filter or between a sampling rate conversion circuit and a noise shaper, its optimal position lies between the digital frequency control device and the Loop filter, as in this position an optimal dynamic modulation range and low power consumption are given.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass im Signalpfad hinter dem Schleifenfilter ein Quantisierer angeordnet ist, welcher eine Neu-Quantisierung von Eingangswerten auf Ausgangswerte mit reduzierter Wortbreite vornimmt. Durch den Quantisierer kann einerseits die in der Regel größere Wortbreite im digitalen Schleifenfilter an die kleinere Wortbreite des Eingangs des digital gesteuerten Oszillators angepasst werden. Zum anderen kann – gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Quantisierers – durch eine Erhöhung der Abtastrate im Quantisierer das durch den Quantisierungsfehler verursachte Phasenrauschen (Jitter) zu höheren Frequenzen verschoben werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Quantisierer zusätzlich einen Noise-Shaper umfasst, da dieser zwar das Phasenrauschen bei niedrigen Frequenzen verringert, jedoch bei hohen Frequenzen verstärkt.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that in the signal path behind the loop filter is a quantizer which is a re-quantization of input values to output values with reduced word width performs. By the quantizer on the one hand, the one usually larger word width in the digital loop filter to the smaller word width of the input be adapted to the digitally controlled oscillator. On the other hand can - according to one Particularly preferred embodiment of the quantizer - by an increase the sampling rate in the quantizer by the quantization error caused phase noise (jitter) shifted to higher frequencies become. This is particularly advantageous when the quantizer additionally includes a noise shaper, as this while the phase noise at low frequencies, but amplified at high frequencies.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und Varianten desselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigt:The Invention will be described below with reference to an embodiment and variants the same explained with reference to the drawings; in these shows:

1 die Architektur einer erfindungsgemäßen digitalen PLL unter Verwendung eines digital gesteuerten Oszillators; 1 the architecture of a digital PLL according to the invention using a digitally controlled oscillator;

2 den Aufbau des in 1 gezeigten digitalen Prozessors; 2 the structure of in 1 shown digital processor;

3 ein Schaltbild des in 2 dargestellten überabtastenden Delta-Sigma Frequenzentscheiders; 3 a schematic diagram of the in 2 illustrated oversampling delta-sigma frequency discriminator;

4 ein Schaltbild der in 2 gezeigten Frequenzsteuereinheit; 4 a schematic diagram of in 2 shown frequency control unit;

5 ein Schaltbild der in 2 dargestellten Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit; 5 a schematic diagram of in 2 the quantization and rate conversion unit shown;

6 eine erste Variante der in 2 dargestellten Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit; 6 a first variant of in 2 the quantization and rate conversion unit shown;

7 eine zweite Variante der in 2 dargestellten Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit; 7 a second variant of in 2 the quantization and rate conversion unit shown;

8 zwei Schaubilder, in denen das Phasenrauschen bzw. das akkumulierte Phasenrauschen (absoluter Jitter) über der Frequenz dargestellt sind; 8th two graphs in which the phase noise or the accumulated phase noise (absolute jitter) over the frequency are shown;

9 ein Schaubild, in welchem ein simuliertes Ausgangssignal des digital gesteuerten Oszillators über der Zeit dargestellt ist; und 9 a graph in which a simulated output signal of the digitally controlled oscillator over time is shown; and

10 ein Schaubild, in welchem das der 9 entsprechende digitale Eingangssignal des digital gesteuerten Oszillators über der Zeit dargestellt ist. 10 a diagram in which the 9 corresponding digital input signal of the digitally controlled oscillator is shown over time.

1 zeigt den generellen Aufbau einer erfindungsgemäßen digitalen PLL. Die digitale PLL umfasst einen digitalen Pro zessor 1, welcher über einen digitalen Steuerbus 2 mit dem Eingang 3 eines digital gesteuerten Oszillators (DCO) 4 in Verbindung steht. Am Ausgang 5 des digital gesteuerten Oszillators wird ein analoges Frequenzsignal ausgegeben. Dieses wird über eine elektrische Verbindung 6 einem ersten Eingang 7 des digitalen Prozessors 1 zugeleitet. An einem zweiten Eingang 8 des digitalen Prozessors 1 liegt eine Referenzfrequenz bzw. ein Referenztakt Fref an. 1 shows the general structure of a digital PLL according to the invention. The digital PLL includes a digital processor 1 , which has a digital control bus 2 with the entrance 3 a digitally controlled oscillator (DCO) 4 communicates. At the exit 5 of the digitally controlled oscillator, an analog frequency signal is output. This is via an electrical connection 6 a first entrance 7 of the digital processor 1 fed. At a second entrance 8th of the digital processor 1 is a reference frequency or a reference clock Fref on.

Die in 1 dargestellte Schaltung kann in einem einzigen integrierten Schaltkreis in vollständig integrierter Form ausgeführt sein.In the 1 The circuit shown can be implemented in a single integrated circuit in a fully integrated form.

2 zeigt ein Blockschaltbild des digitalen Prozessors 1. Dieser umfasst ein Delta-Sigma Frequenzentscheider 11, eine digitale Frequenzsteuereinheit 12, einen digitalen Integrierer 13, ein digitales Schleifenfilter 14 sowie eine digitale Quantisierungs- und Ratenumwandlungseinheit 15. 2 shows a block diagram of the digital processor 1 , This includes a delta-sigma frequency decider 11 , a digital frequency control unit 12 , a digital integrator 13 , a digital loop filter 14 and a digital quantization and rate conversion unit 15 ,

Die Referenzfrequenz Fref sowie das Ausgangssignal des digital gesteuerten Oszillators 4 werden dem Delta-Sigma Frequenzentscheider 11 zugeleitet. Die digitale Frequenzsteuereinheit 12 empfängt über einen Eingang 16 Frequenzsynthese-Parameter. Filterparameter und gegebenenfalls auch Zustandswerte können dem digitalen Schleifenfilter 14 über einen Eingang 17 zugeleitet werden. Der Aufbau der einzelnen Blöcke sowie die Funktionsweise der in 2 dargestellten Schaltung werden im Folgenden anhand der 3 bis 7 näher erläutert.The reference frequency Fref and the output signal of the digitally controlled oscillator 4 become the delta-sigma frequency decider 11 fed. The digital frequency control unit 12 receives via an entrance 16 Frequency synthesis parameters. Filter parameters and possibly also state values can be used by the digital loop filter 14 over an entrance 17 be forwarded. The structure of the individual blocks as well as the functioning of in 2 The circuit shown below are based on the 3 to 7 explained in more detail.

3 zeigt den Schaltungsaufbau des Delta-Sigma Frequenzentscheiders 11. Das analoge Ausgangssignal des digital gesteuerten Oszillators 4 wird dem Eingang einer Zwei-Modulus-Teilerschaltung 20 mit geeignet gewählten Teilerfaktoren N und N – L zugeleitet. Das frequenzgeteilte Ausgangssignal Fdif der Zwei-Modulus Frequenzteilerschaltung 20 steht einerseits mit dem Takteingang eines Phasenvergleichers 21 in Verbindung und gibt andererseits den Takt eines Verzögerungsgliedes 22 vor, über welches ein Ausgangssignal F_digital des Phasenvergleichers 21 an den Eingang 23 der Zwei-Modulus-Teilerschaltung 20 zur Auswahl des Teilerfaktors angelegt ist. Der Frequenzvergleicher 21 ist beispielsweise als einfaches D-Flipflop ausgeführt, wobei die Referenzfrequenz Fref dem D-Eingang 8 des Flipflops 21 zugeleitet wird. 3 shows the circuit structure of the delta-sigma frequency discriminator 11 , The analog output signal of the digitally controlled oscillator 4 becomes the input of a two-modulus divider circuit 20 with suitably chosen divisor factors N and N - L forwarded. The frequency-divided output signal Fdif of the two-modulus frequency divider circuit 20 is on the one hand with the clock input of a phase comparator 21 on the other hand gives the clock of a delay element 22 via which an output signal F_digital of the phase comparator 21 to the entrance 23 the two-modulus divider circuit 20 is created to select the divisor factor. The frequency comparator 21 is for example designed as a simple D flip-flop, wherein the reference frequency Fref the D input 8th of the flip-flop 21 is forwarded.

Der Delta-Sigma Frequenzentscheider 11 (erster Ordnung) dient dazu, die Frequenz/Phaseninformation des digital gesteuerten Oszillators 4 in den digitalen Bereich umzuwandeln. In dem Delta-Sigma Frequenzentscheider 11 wird eine grobe Quantisierung der Frequenzabweichung zwischen der Referenzfrequenz Fref und der Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators 4 mit einer 1-Bit Genauigkeit realisiert. Darüber hinaus wird der (binäre) Ausgangs-Bitstrom F_digital Rauschumgeformt, d.h. das durch die Frequenzquantisierung hervorgerufene Rauschen wird in einen höheren Frequenzbereich verschoben.The delta-sigma frequency decider 11 (first order) serves the frequency / phase information of the digitally controlled oscillator 4 into the digital domain. In the delta-sigma frequency decider 11 becomes a coarse quantization of the frequency deviation between the reference frequency Fref and the output frequency of the digitally controlled oscillator 4 realized with a 1-bit accuracy. In addition, the (binary) output bit stream F_digital noise is converted, ie the noise caused by the frequency quantization is shifted to a higher frequency range.

Die Funktionsweise des in 3 dargestellten Delta-Sigma Frequenzentscheiders 11 ist im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in dem eingangs erwähnten Artikel "An Oversampling Delta-Sigma Frequency Discriminator" von R.D. Beards und A. Copeland, detailliert beschrieben. In diesem Artikel wird gezeigt, dass die in 3 dargestellte Schaltung die gleichen Eigenschaften wie ein klassischer Delta-Sigma Modulator erster Ordnung aufweist, d.h. das Quantisierungsrauschen im Ausgang mittels Hochpassfilterung unterdrückt. Das Ausgangssignal (Bitstrom) F_digital des Flipflops 21 kann dabei als das Vorzeichen der Phasendifferenz zwischen der Referenzfrequenz Fref und dem Ausgangs-Frequenzsignal des digital gesteuerten Oszillators 4 betrachtet werden, d.h. das Flipflop 21 wirkt als Phasenquantisierer (Phasen-Entscheider) welcher eine 1-Bit Approximation dieser Phasendifferenz erzeugt. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Taktfrequenz Fdiv, mit welcher das Flipflop 21 sowie das Verzöge rungsglied 22 getaktet werden, und welche die Abtastrate des digitalen (binären) Ausgangs-Bitstroms F_digital des Flipflops 21 darstellt, im eingeschwungenen Zustand der PLL näherungsweise der Referenzfrequenz Fref entspricht. Ferner wird darauf hingewiesen, dass der Phasenvergleicher 21 in der Realität komplexer aufgebaut sein kann und zusätzlich zu dem D-Flipflop einen Phasen/Frequenz-Detektor aufweist, um im Einschwingvorgang die Regelschleife in den eingeschwungenen Zustand zu überführen.The functioning of the in 3 illustrated delta-sigma frequency decision 11 is known in the art and described in detail, for example, in the aforementioned article "An Oversampling Delta-Sigma Frequency Discriminator" by RD Beards and A. Copeland. This article shows that the in 3 illustrated circuit has the same properties as a classical first-order delta-sigma modulator, that is suppressed the quantization noise in the output by means of high-pass filtering. The output signal (bit stream) F_digital of the flip-flop 21 can be considered as the sign of the phase difference between the reference frequency Fref and the output frequency signal of the digitally controlled oscillator 4 be considered, ie the flip-flop 21 acts as a phase quantizer (phase decision) which produces a 1-bit approximation of this phase difference. It is further noted that the clock frequency Fdiv, with which the flip-flop 21 and the delay element 22 and which is the sampling rate of the digital (binary) output bitstream F_digital of the flip-flop 21 represents, in the steady state, the PLL approximately corresponds to the reference frequency Fref. It should also be noted that the phase comparator 21 may be more complex in reality and in addition to the D flip-flop has a phase / frequency detector to convert the control loop in the transient state in the transient response.

Der Bitstrom F_digital wird der Frequenzsteuereinheit 12 zugeleitet. Diese ist in 4 näher dargestellt. Ihre Aufgabe besteht darin, die Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators 4 festzulegen. Die Frequenzsteuereinheit 12 besteht im Wesentlichen aus einem Zwei-Wege-Multiplexer MUX 30, dem zwei unterschiedliche Frequenz-Steuerparameter vx und vy an seinen Multiplexer-Eingängen zugeleitet werden. Der Multiplexer-Eingang 0 (d.h. der Frequenz-Steuerparameter vy) wird gewählt, wenn das Steuersignal F_digital den logischen Zustand 0 aufweist. Andernfalls, d.h. wenn der logische Zustand des Steuersignals F_digital 1 beträgt, wird der Multiplexer-Eingang 1 (d.h. der Frequenz-Steuerparameter vx) gewählt. Der jeweils gewählte Frequenz-Steuerparameter vx bzw. vy ist als Digitalwort (mit beispielsweise einer Wortlänge 20) dargestellt und bildet das Ausgangssignal F_synt der Frequenzsteuereinheit 12.The bitstream F_digital becomes the frequency control unit 12 fed. This is in 4 shown in more detail. Their job is to set the output frequency of the digitally controlled oscillator 4 set. The frequency control unit 12 consists essentially of a two-way multiplexer MUX 30 to which two different frequency control parameters vx and vy are supplied at its multiplexer inputs. The multiplexer input 0 (ie the frequency control parameter vy) is selected when the control signal F_digital has the logic state 0. Otherwise, that is, when the logic state of the control signal F_digital is 1, the multiplexer input 1 (ie, the frequency control parameter vx) is selected. The respectively selected frequency control parameter vx or vy is a digital word (with, for example, a word length 20 ) and forms the output signal F_synt of the frequency control unit 12 ,

Eine Zusammenschau der 3 und 4 lässt erkennen, dass der Ausgangs-Bitstrom F_digital des Delta-Sigma Frequenzentscheiders 11 sowohl die Zwei-Modulus Frequenzteilerschaltung 20 als auch den Multiplexer 30 steuert: Falls F_digital gleich 0 ist, beträgt der Teilerfaktor der Zwei-Modulus-Teilerschaltung 20 zum nächstfolgenden Abtastzeitpunkt den Wert N und der Ausgangswert des Multiplexers 30 ist der konstante Wert vy. Weist F_digital den Wert 1 auf, wird die Zwei-Modulus-Teilerschaltung 20 im darauf folgenden Ab tastzeitpunkt den Teilerwert N-L verwenden und der Wert von F_synt beträgt vx.A synopsis of 3 and 4 indicates that the output bit stream F_digital of the delta-sigma frequency discriminator 11 both the two-modulus frequency divider circuit 20 as well as the multiplexer 30 controls: If F_digital is 0, the divider factor is the two-modulus divider circuit 20 at the next sampling time, the value N and the output value of the multiplexer 30 is the constant value vy. If F_digital has the value 1, the two-modulus divider circuit is used 20 in the following sampling time use the divider value NL and the value of F_synt is vx.

Die Werte von vy und vx sind konstant. Sie können vorausberechnet und in einem ROM, RAM oder einem Flash-Speicherbaustein abgelegt sein.The Values of vy and vx are constant. They can be precalculated and in be stored in a ROM, RAM or a flash memory device.

Der nutzbare Frequenzbereich des digital steuerbaren Oszillators 4 hängt von den zulässigen maximalen und minimalen Werten ab, die über den digitalen Steuerbus 2 vom Prozessor 1 zu dem Oszillator 4 übertragen werden können. Es ist allgemein bekannt, dass durch eine Mittelung im Zeitbereich die Frequenzauflösung des Ausgangssignals des digital steuerbaren Oszillators 4 sehr fein eingestellt werden kann und praktisch allein von der Bit-Genauigkeit des digitalen Prozessors 1 abhängig ist. Wenn die PLL als Frequenzsynthesizer betrieben wird, ergibt sich die synthetisierte Ausgangsfrequenz des Oszillators 4 zu Fgoal = n·Fref, (1)wobei n eine beliebige reelle Zahl und Fgoal die gewünschte Ausgangsfrequenz des Oszillators 4 ist.The usable frequency range of the digitally controllable oscillator 4 depends on the maximum and minimum values allowed via the digital control bus 2 from the processor 1 to the oscillator 4 can be transmitted. It is well known that by averaging in the time domain, the frequency resolution of the output signal of the digitally controllable oscillator 4 can be set very finely and practically alone by the bit accuracy of the digital processor 1 is dependent. If the PLL is operated as a frequency synthesizer, the synthesized output frequency of the oscillator results 4 to Fgoal = n · Fref, (1) where n is an arbitrary real number and Fgoal the desired output frequency of the oscillator 4 is.

Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Frequenzabstimmung möglich. Hierfür müssen Werte von n so gewählt werden, dass Fgoal den zulässigen Abstimmbereich des Frequenzsynthesizers abdeckt.On this way a continuous frequency tuning is possible. For this values of n so chosen be that Fgoal the allowed tuning range of the frequency synthesizer.

Bei bekannten Werten für Fgoal und Fref können die Frequenz-Steuerparameter vx und vy der Frequenz-Steuerschaltung 12 folgendermaßen berechnet werden:
Der ganzzahlige Teilerfaktor N ergibt sich aus der Gleichung N = [Fgoal/Fref], (2) wobei [·] den ganzzahligen Teil des Klammerausdrucks + 1 bezeichnet. Mit L wird ein ganzzahliger Design-Parameter bezeichnet, der zur Wahl eines geeigneten Wertes für einen Teilerfaktor Nfrac gewählt wird. Nfrac ergibt sich gemäß Nfrac = (N – Fgoal/Fref)/L. (3)
For known values of Fgoal and Fref, the frequency control parameters vx and vy may be the frequency control circuit 12 calculated as follows:
The integer divisor factor N results from the equation N = [Fgoal / Fref], (2) where [·] denotes the integer part of the parenthesis expression + 1. L denotes an integer design parameter which is chosen to select a suitable value for a divisor factor Nfrac. Nfrac follows according to Nfrac = (N - Fgoal / Fref) / L. (3)

Gemäß der aus den Gleichungen (1) bis (3) folgenden Beziehung n = N – Nfrac·L (4)ist Nfrac der mit L skalierte fraktionale Teilerfaktor.According to the relationship following from the equations (1) to (3) n = N - Nfrac × L (4) Nfrac is the fractional divider factor scaled by L.

Die Frequenz-Steuerparameter vy und vx werden nun gemäß den folgenden Gleichungen definiert vy = Nfrac und vx = Nfrac – 1 (5) The frequency control parameters vy and vx are now defined according to the following equations vy = Nfrac and vx = Nfrac - 1 (5)

Aus den Gleichungen (1) bis (5) ergibt sich, dass für ein gegebenes Verhältnis von Fgoal/Fref (d.h. für einen gegebenen Teilerfaktor n) bei Verwendung von unterschiedlichen Werten L unterschiedliche skalierte fraktionale Teilerfaktoren Nfrac und damit auch unterschiedliche Frequenz-Steuerparameter vx und vy erhalten werden.Out The equations (1) to (5) show that for a given ratio of Fgoal / Fref (i.e. a given divisor factor n) when using different ones Values L are different scaled fractional divisor factors Nfrac and thus also different frequency control parameters vx and vy be obtained.

Die Frequenzsteuereinheit 12 kann darüber hinaus zum Aufprägen einer Frequenzmodulation auf das Ausgangssignal des digital gesteuerten Oszillators 4 eingesetzt werden. Zur Erläuterung dieser Möglichkeit wird der skalierte fraktionale Teilerfaktor Nfrac in der folgenden Form geschrieben: Nfrac = Nfrac0 + mod_Nfrac, (6)wobei Nfrac0 der (skalierte) fraktionale Teilerwert ohne Modulation und mod_Nfrac der (skalierte) digitale Eingangswert für die Frequenzmodulation ist. Unter der Annahme, dass die modulierte Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators 4 durch den Ausdruck Fgoal = Fgoal0 + mod_freq (7)gegeben ist, wobei Fgoal0 die Ausgangsfrequenz des Oszillators 4 ohne Modulation und mod_freq die Modulationskomponente der Ausgangsfrequenz des Oszillators 4 sind, ergibt sich aus Gleichung (4) die folgende Beziehung: mod_freq = –mod_Nfrac·L·Fref. (8) The frequency control unit 12 In addition, it can be used to impose frequency modulation on the output of the digitally controlled oscillator 4 be used. To illustrate this possibility, the scaled fractional divider factor Nfrac is written in the following form: Nfrac = Nfrac0 + mod_Nfrac, (6) where Nfrac0 is the (scaled) fractional divider value without modulation and mod_Nfrac is the (scaled) digital input value for frequency modulation. Assuming that the modulated output frequency of the digitally controlled oscillator 4 through the expression Fgoal = Fgoal0 + mod_freq (7) where Fgoal0 is the output frequency of the oscillator 4 without modulation and mod_freq the modulation component of the output frequency of the oscillator 4 , equation (4) yields the following relationship: mod_freq = -mod_Nfrac · L · Fref. (8th)

Da L und Fref während der Modulation konstant sind, kann durch eine geeignete digitale Signalverarbeitung für die nun variablen Frequenzsteuerparameter vx und vy eine digitale Modulation der Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators 4 erzielt werden.Since L and Fref are constant during the modulation, digital modulation of the output frequency of the digitally controlled oscillator can be achieved by suitable digital signal processing for the now variable frequency control parameters vx and vy 4 be achieved.

Gemäß 2 wird das digitale Ausgangssignal F_synt der Frequenzsteuereinheit 12 dem digitalen Integrierer 13 zugeleitet. Dieser wandelt die digitale Frequenzinformation durch Integration in eine Phaseninformation um. Die am Ausgang des Integrierers 13 bereitstehende Phaseninformation stellt ein Phasenfehlersignal mit einem linearen Verhalten bezüglich der Nachführcharakteristik der PLL dar. Der digitale Integrierer 13 kann im Signalweg auch an anderer Stelle, z.B. hinter dem Schleifenfilter 14 oder zwischen der noch später erläuterten Ratenwandlungseinheit und dem Noise-Shaper (Rauschformungsstufe) angeordnet sein.According to 2 becomes the digital output signal F_synt of the frequency control unit 12 the digital integrator 13 fed. This converts the digital frequency information by integration in a phase information. The at the output of the integrator 13 The provided phase information represents a phase error signal with a linear behavior with respect to the tracking characteristic of the PLL. The digital integrator 13 can also be found elsewhere in the signal path, eg behind the loop filter 14 or between the rate conversion unit to be explained later and the noise shaper (noise shaping stage).

Aufgrund der Linearität des Phasenfehlersignals am Ausgang des Integrierers 13 kann das digitale Schleifenfilter 14 in an sich bekannter Weise realisiert sein. Die Verwendung eines digitalen Schleifenfilters 14 ermöglicht im Vergleich zu analogen Filteranordnungen völlig neue Möglichkeiten: Erstens benötigt die digitale PLL keine Ladungspumpe und damit auch keinerlei (integrierte oder diskrete) Kondensatoren. Zweitens kann eine Übertragungsfunktion der geschlossenen Schleife mit höherer (dritter oder vierter) Ordnung ohne Verwendung von Induktoren oder aktiven Schleifenfilter-Topologien realisiert werden. Drittens kann die Form der Übertragungsfunktion der geschlossenen Schleife gemäß der Butterworth-, Bessel-, Chebyshev- und Cauer-Filterspezifikationen festgelegt werden. Folglich können mit digitalen Filtern hochselektive Abschneidecharakteristiken der Übertragungsfunktion erzielt werden, die mit einer analogen PLL unter Verwendung einer Ladungspumpe nicht erreichbar sind. Grund hierfür ist das Vorhandensein von parasitären Polen und Nullstellen bei einer analogen PLL, die Effekte zweiter Ordnung auf die Übertragungsfunktion der geschlossenen PLL ausüben und dadurch die Stabilität einer analogen PLL in nicht akzeptabler Weise beeinträchtigen.Due to the linearity of the phase error signal at the output of the integrator 13 can the digital loop filter 14 be realized in a conventional manner. The use of a digital loop filter 14 allows completely new possibilities compared to analog filter arrangements: First, the digital PLL does not require a charge pump and therefore no (integrated or discrete) capacitors. Second, a closed loop transfer function can be realized with higher (third or fourth) order without the use of inductors or active loop filter topologies. Third, the shape of the closed loop transfer function can be determined according to the Butterworth, Bessel, Chebyshev, and Cauer filter specifications. Consequently, with digital filters, highly selective truncation characteristics of the transfer function can be achieved, which are not achievable with an analog PLL using a charge pump. This is due to the presence of parasitic poles and zeroes in an analog PLL that exert second-order effects on the closed PLL transfer function and thereby unacceptably affect the stability of an analog PLL.

Für die vorliegende Erfindung ist die Verwendung einer Übertragungsfunktion höherer (3ter oder 4ter) Ordnung mit scharfer Abschneidefrequenz der (digitalen) PLL für die geschlossene Schleife sehr vorteilhaft, da, wie bereits erwähnt, der hauptsächliche Nachteil von digitalen Prozessoren das Vorhandensein von durch die endliche Wortbreite bedingten Störfrequenzen ist. Es ist wichtig, diese Störfrequenzen bzw. Störtöne für alle Prozess- und Temperaturvariationen, die während der Herstellung oder dem Betrieb der PLL auftreten, kontrollieren bzw. beherrschen zu können. Denn Störtöne zerstören das Spektrum der Ausgangsfrequenz der PLL und erhöhen den Störpegel (Noise Floor) der PLL. Mit anderen Worten vermindern Störtöne die Phasenrauschqualität (Jitter-Qualität) der PLL.For the present invention, the use of a higher order (3rd or 4th order) sharp cut-off frequency function of the closed-loop (digital) PLL is very advantageous because, as already mentioned, the main drawback of digital processors is the prevalence is that of interference frequencies due to the finite word width. It is important to be able to control these disturbing frequencies or disturbing sounds for all process and temperature variations which occur during the production or operation of the PLL. Distortion tones destroy the spectrum of the output frequency of the PLL and increase the noise level of the PLL. In other words, distortion sounds reduce the phase noise quality (jitter quality) of the PLL.

Wie bereits erläutert, besteht ein wesentlicher Vorteil des Delta-Sigma Frequenzentscheiders 11 darin, Störtöne in den Sperrbereich der Übertragungsfunktion der digitalen PLL zu verschieben und dadurch die Möglichkeit zu schaffen, diese mittels des Schleifenfilters wirkungsvoll zu dämpfen. Allerdings weist die Rauschformungsfunktion des Delta-Sigma Fre quenzentscheiders 11 eine Rauschverstärkung von +20 dB/Dekade auf, so dass ein üblicher Schleifenfilter zweiter Ordnung die durch die Frequenzquantisierung bewirkten Störtöne nur mit –20 dB/Dekade anstelle seiner eigentlichen Dämpfung mit –40 dB/Dekade im Sperrbereich dämpft. Um eine Dämpfung von –40 dB/Dekade im Sperrbereich zu erreichen, ist daher mindestens ein Schleifenfilter mit einer Dämpfung von –60 dB/Dekade (d.h. mindestens ein Filter 3ter Ordnung) erforderlich, wobei ein besonders scharfkantiges Abschneideverhalten durch Chebyshev und Cauer-Filter der genannten Filterordnung erreicht wird.As already explained, there is a significant advantage of the delta-sigma frequency discriminator 11 This is to shift disturbing sounds into the stop band of the digital PLL's transfer function, thereby providing the ability to effectively attenuate them using the loop filter. However, the noise shaping function of the delta-sigma frequency discriminator has 11 has a noise enhancement of +20 dB / decade, so that a common second-order loop filter attenuates the interference tones caused by the frequency quantization only at -20 dB / decade instead of its actual attenuation at -40 dB / decade in the stopband. In order to achieve an attenuation of -40 dB / decade in the stopband, therefore, at least one loop filter with an attenuation of -60 dB / decade (ie at least one filter 3rd order) is required, with a particularly sharp cutting performance by Chebyshev and Cauer filters of said filter order is achieved.

Es ist bekannt, dass für analoge PLL eine Rauschanalyse von zentraler Bedeutung ist. Nichts anderes gilt für eine PLL, die auf einer digitalen Signalverarbeitung beruht. Jedoch bestehen Unterschiede zwischen dem digitalen und analogen Ansatz: Bei Verwendung eines digitalen Schleifenfilters muss eine sogenannte "Bit-True"-Analyse hinsichtlich zweier Aspekte durchgeführt werden, nämlich die Trunkierung (Abschneiden) von Bits auf Seiten des niederwertigsten Bits (LSB: Least Significant Bit) und die Korrektur eines Überlaufs an der Position des höchstwertigen Bits (MSB: Most Significant Bit). Darüber hinaus muss durch eine Skalierung der internen Digitalsignale innerhalb der Schleife der dynamische Bereich der einzelnen digitalen Schaltungselemente optimal genutzt und aufeinander abgestimmt werden. Diese Mechanismen erfordern ein relativ hohes Knowhow im Bereich der Digitaltechnik. Zur Reduzierung der Wortbreitenerfordernisse der Filterkoeffizienten und der internen Zustandsvariablen ist es daher vorteilhaft, als Schleifenfilter 14 ein Wellendigitalfilter einzusetzen. Dadurch wird sowohl die Leistungsaufnahme des Filters als auch dessen Erholungseigenschaften bei einem plötzlichen Überlauf im Eingangssignal günstig beeinflusst.It is known that noise analysis is of central importance for analogue PLLs. Nothing else applies to a PLL based on digital signal processing. However, there are differences between the digital and analog approaches: When using a digital loop filter, a so-called "bit-true" analysis must be performed on two aspects, namely truncation (truncation) of bits on the least significant bit (LSB) side ) and the correction of an overflow at the most significant bit (MSB: Most Significant Bit) position. In addition, by scaling the internal digital signals within the loop, the dynamic range of each digital circuit element must be optimally utilized and matched. These mechanisms require a relatively high level of expertise in the field of digital technology. To reduce the word width requirements of the filter coefficients and the internal state variables, it is therefore advantageous to use as a loop filter 14 to use a wave digital filter. As a result, both the power consumption of the filter and its recovery properties in a sudden overflow in the input signal is favorably influenced.

5 zeigt eine erste Variante 15.1 der in 2 dargestellten Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit 15. Die Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit 15.1 umfasst einen Quantisierer 40, welcher eine Ratenwandlungsstufe 41 speist. Der Ausgang der Ratenwandlungsstufe 41 ist mit dem digitalen Steuerbus 2 verbunden. 5 shows a first variant 15.1 the in 2 represented quantization and rate conversion unit 15 , The quantization and rate conversion unit 15.1 includes a quantizer 40 which is a rate conversion stage 41 fed. The output of the rate conversion stage 41 is with the digital control bus 2 connected.

Das digitale Filter wird mit der Frequenz Fdiv getaktet, welche im Allgemeinen unterschiedlich zu der Frequenz Fgoal des Ausgangssignals des digital gesteuerten Oszillators 4 ist. Infolgedessen ist zwischen dem Ausgang des digitalen Schleifenfilters 14 und dem Eingang 3 des digital gesteuerten Oszillators 4 eine Abtastratenwandlung erforderlich. Darüber hinaus ist die Wortbreite des in dem digitalen Schleifenfilter 14 verarbeiteten Digitalsignals in der Regel größer (20 Bit oder mehr) als die zulässige Eingangswortbreite des digital gesteuerten Oszillators 4, welche üblicherweise kleiner als 14 Bit ist. Infolgedessen muss die Frequenz/Phaseninformation (je nachdem ob, der Integrierer 13 an der in 2 dargestellten Position oder erst innerhalb der Quantisierungs- und Phasenwandlungseinheit 15 vorgesehen ist) nochmals quanitisiert werden (die erste Quantisierung auf einzelne Bits wurde bereits in dem Delta-Sigma Frequenzentscheider 11 vorgenommen). Der Quantisierer 40 wird im Folgenden als DCO-Quantisierer bezeichnet.The digital filter is clocked at the frequency Fdiv, which is generally different from the frequency Fgoal of the output signal of the digitally controlled oscillator 4 is. As a result, there is between the output of the digital loop filter 14 and the entrance 3 of the digitally controlled oscillator 4 a sample rate conversion required. In addition, the word width of the in the digital loop filter 14 processed digital signal is typically larger (20 bits or more) than the allowable input word width of the digitally controlled oscillator 4 which is usually less than 14 bits. As a result, the frequency / phase information (depending on whether, the integrator 13 at the in 2 or within the quantization and phase conversion unit 15 is intended to be quanitized again (the first quantization to individual bits has already been performed in the delta-sigma frequency discriminator 11 performed). The quantizer 40 is referred to below as the DCO quantizer.

Sofern der durch den DCO-Quantisierer 40 verursachte Quantisierungsfehler vernachlässigbar ist (dies gilt beispielsweise für n ≈ 1), kann das Ausgangsfrequenzsignal des digitalen Schleifenfilters 14 direkt quantisiert werden (die Abtastrate ist die Frequenz Fdiv und entspricht im eingeschwungen Zustand näherungsweise der Referenzfrequenz Fref). Die Ratenwandlung kann durch einen einfachen Wiederholer (Repeater) 41 durchgeführt werden.Provided that by the DCO quantizer 40 caused quantization error is negligible (this applies, for example, for n ≈ 1), the output frequency signal of the digital loop filter 14 be quantized directly (the sampling rate is the frequency Fdiv and corresponds in the steady state approximately the reference frequency Fref). The rate conversion can be done by a simple repeater (repeater) 41 be performed.

In 6 ist eine Variante 15.2 der Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit 15 für den Fall n >> 1 dargestellt. In diesem Fall ist Fgoal beträchtlich größer als Fref, was den Normalfall in Sende-/Empfängerschaltkreisen von phasen- bzw. frequenzmodulierten Systemen darstellt. Sofern der Einfluss des DCO-Quantisierers 40 nicht vernachlässigt werden kann, kann er durch die in 6 dargestellte Anordnung deutlich vermindert bzw. vermieden werden. Da der Quantisierungsfehler und seine spektrale Leistungsdichte umgekehrt proportional zu der Taktfrequenz des DCO-Quantisierers 40 sind, kann der Quantisierungsfehler des DCO-Qantisierers 40 durch eine Verschiebung der Taktfrequenz des DCO-Qantisierers 40 zu höheren Frequenzen hin reduziert werden. Zu diesem Zweck umfasst die in 6 dargestellte Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit 15.2 eine Teilerschaltung 42, mittels welcher ein geeigneter Takt für den DCO-Qantisierer 40 erzeugt wird. Die Teilerschaltung 42 führt eine Teilung des eingangsseitig von dem digital gesteuerten Oszillator 4 erhaltenen Ausgangssignals durch den ganzzahligen Teilerfaktor M durch, und führt das frequenzgeteilte Signal dem Takteingang des DCO-Qantisierers 40 zu. Der Wert M ist so zu wählen, dass eine ausreichende Reduzierung des Quantisierungsfehlers erhalten wird. In diesem Fall werden zwei Abtastraten-Wandlungsstufen 43, 44 mit unterschiedlichen Wandlungsfaktoren A und B benötigt. Die Abtastraten-Wandlungsstufe 43 mit dem Wandlungsfaktor A ist dem DCO-Qantisierer 40 vorgeordnet, während die Abtastraten-Wandlungsstufe 44 mit dem Wandlungsfaktor B dem DCO-Qantisierer 40 nachgeschaltet ist. Die Abtastraten-Wandlungsstufe 43 interpoliert die Abtastrate am Ausgang des Schleifenfilters Fdiv in eine Abtastrate, die der Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators 4 geteilt durch M entspricht. Die zweite Abtastraten-Wandlungsstufe 44 führt eine Interpolation der Abtastrate um den Faktor M durch. Beide Abtastraten-Wandlungen können unter Verwendung eines einfachen Wiederholers realisiert werden.In 6 is a variant 15.2 the quantization and rate conversion unit 15 for the case n >> 1 shown. In this case, Fgoal is considerably larger than Fref, which is the norm in transmit / receive circuits of phase or frequency modulated systems. Unless the influence of the DCO quantizer 40 can not be neglected, he can through the in 6 shown arrangement significantly reduced or avoided. Because the quantization error and its spectral power density are inversely proportional to the clock frequency of the DCO quantizer 40 may be the quantization error of the DCO quantizer 40 by a shift of the clock frequency of the DCO-Qantisierers 40 reduced to higher frequencies. For this purpose, the in 6 illustrated quantization and rate conversion unit 15.2 a divider circuit 42 , by means of which a suitable clock for the DCO quantizer 40 is produced. The divider circuit 42 performs a division of the input side of the digitally controlled oscillator 4 obtained output signal by the intezahli divider factor M through, and carries the frequency-divided signal to the clock input of the DCO-Qantisierers 40 to. The value M is to be chosen so that a sufficient reduction of the quantization error is obtained. In this case, there are two sample rate conversion stages 43 . 44 with different conversion factors A and B needed. The sample rate conversion stage 43 with the conversion factor A is the DCO quantizer 40 preceded while the sample rate conversion stage 44 with the conversion factor B the DCO quantizer 40 is downstream. The sample rate conversion stage 43 interpolates the sampling rate at the output of the loop filter Fdiv into a sampling rate equal to the output frequency of the digitally controlled oscillator 4 divided by M equals. The second sample rate conversion stage 44 performs an interpolation of the sampling rate by the factor M. Both sample rate conversions can be realized using a simple repeater.

Durch Wahl eines geeigneten Teilerfaktors M kann ein Kompromiss zwischen Leistungsaufnahme und Beseitigung des Quantisierungsfehlers des DCO-Quantisierers 40 vorgenommen werden. Je höher die Taktfrequenz des DCO-Quantisierers, desto höher ist die Leistungsaufnahme und desto geringer ist der Quantisierungsfehler der in 6 dargestellten Schaltung.By choosing a suitable divisor factor M, a trade off between power consumption and elimination of the quantization error of the DCO quantizer can be achieved 40 be made. The higher the clock frequency of the DCO quantizer, the higher the power consumption and the lower the quantization error of the 6 illustrated circuit.

7 zeigt eine dritte Variante 15.3 der Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit 15, welche sich von der zweiten Variante 15.2 lediglich dadurch unterscheidet, dass der DCO-Quantisierer 45 zusätzlich einen Noise-Shaper enthält. Diese Lösung ist vorteilhaft, wenn trotz der (gegenüber Fdiv) erhöhten Taktrate des DCO-Quantisierers 40 noch ein zu großer Quantisierungsfehler verbleibt (d.h. ein kleiner Wert für M gewählt ist), oder wenn der kleine Wert M Implementierungsprobleme bereitet. Der DCO-Quantisierer mit Noise-Shaper 45 hat zwei Funktionen. Zum einen führt er die erforderliche Quantisierung durch. Zum anderen vermindert er den Einfluss des Quantisierungsfehlers durch eine Verschiebung des Phasenrauschens (Jitter) zu höheren Frequenzen hin. Der Noise-Shaper vermindert daher den Einfluss des Quantisierungsfehlers (Phasenrauschen) bei niedrigen Frequenzen, verstärkt jedoch gleichzeitig das Phasenrauschen bei höheren Frequenzen. Im Fall eines Noise-Shapers erster Ordnung beträgt die Verstärkung +20 dB/Dekade bei höheren Frequenzen. Damit besteht die Möglichkeit, den Teilerfaktor M und die Ordnung des Noise-Shapers so zu wählen und aufeinander abzustimmen, dass der Quantisierungsfehler (unter Berücksichtigung der Verstärkung durch den jeweiligen Noise-Shaper) in einen optimalen Frequenzbereich verschoben wird. 7 shows a third variant 15.3 the quantization and rate conversion unit 15 , which differ from the second variant 15.2 merely differentiates that the DCO quantizer 45 additionally contains a noise-shaper. This solution is advantageous if, despite the (compared to Fdiv) increased clock rate of the DCO quantizer 40 there still remains too much quantization error (ie a small value for M is chosen) or if the small value M causes implementation problems. The DCO quantizer with noise shaper 45 has two functions. First, he performs the required quantization. On the other hand, it reduces the influence of the quantization error by shifting the phase noise (jitter) towards higher frequencies. The noise shaper therefore reduces the influence of the quantization error (phase noise) at low frequencies, but at the same time amplifies the phase noise at higher frequencies. In the case of a first order noise shaper, the gain is +20 dB / decade at higher frequencies. This makes it possible to select the divisor factor M and the order of the noise shaper and to match them so that the quantization error (taking into account the amplification by the respective noise shaper) is shifted to an optimum frequency range.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, dass eine Vielzahl von Design-Parameter (L, Typ und Ordnung des digitalen Schleifenfilters 14, Position des Integrierers 13, M, Ordnung des Noise-Shapers im DCO-Quantisierer 45, Festlegung der Wortbreite der einzelnen digitalen Schaltungselemente usw.) vorhanden sind, um für den jeweiligen Anwendungsfall diejenige PLL zu konzipieren, die ein optimales Verhalten im Hinblick auf bei der Herstellung oder im Betrieb auftretenden Prozess- oder Temperaturvariationen zeigt, wobei die Erfordernisse zukünftiger CMOS Technologien weit unterhalb μ-Strukturweiten eingehalten bzw. ausgenutzt werden können.The above explanations show that a variety of design parameters (L, type and order of the digital loop filter 14 , Position of the integrator 13 , M, Noise Shaper order in the DCO quantizer 45 , Defining the word width of the individual digital circuit elements, etc.) are available in order to design the PLL for the particular application, which shows an optimal behavior with regard to manufacturing or operating process or temperature variations, the requirements of future CMOS technologies can be maintained or exploited far below μ-structure widths.

Nachfolgend wird ein spezielles, die Allgemeinheit nicht einschränkendes Beispiel der vorliegenden Erfindung vorgestellt:
Die grundlegenden Parameter des digitalen Prozessors betragen zum Beispiel:
Fref = 300 MHz; Fgoal = 4.8648 GHz;
The following is a specific, non-limiting example of the present invention:
The basic parameters of the digital processor are, for example:
Fref = 300 MHz; Fgoal = 4.8648 GHz;

Bei einer Wahl von L = 2 ergibt sich
n = 4864.8/300 = 16.216, folglich, N = 17, N – L = 15.
A choice of L = 2 results
n = 4864.8 / 300 = 16,216, hence, N = 17, N - L = 15.

Daraus folgt Nfrac = (N – n)/L = (17 – 16.216)/2 = 0.392. It follows Nfrac = (N - n) / L = (17-16,216) / 2 = 0.392.

Mit diesen Werten ergeben sich für die Frequenzsteuerparameter vy und vx folgenden Werte vy = Nfrac = 0.392 vx = Nfrac – 1 = –0.608. These values result in the following values for the frequency control parameters vy and vx vy = Nfrac = 0.392 vx = Nfrac - 1 = -0.608.

Bei Verwendung einer internen Wortbreite von 20 Bit für die Frequenzsteuereinheit 12 werden die Frequenzsteuerparameter vx, vy durch die folgenden Werte dargestellt vy_int = round(vy·524288) = 205521 vx_int = round(vx·524288) = –318767,wobei vy_int und vx_int die in den niederwertigsten Bits unter Verwendung der Rundungsoperation 524288 = 219 (die der 20-Bit Darstellung entspricht) ausgedrückten Frequenzsteuerparameter vy und vy darstellen.When using an internal word width of 20 bits for the frequency control unit 12 the frequency control parameters vx, vy are represented by the following values vy_int = round (vy · 524288) = 205521 vx_int = round (vx · 524288) = -318767, wherein vy_int and vx_int represent the frequency control parameters vy and vy expressed in the least significant bits using the rounding operation 524288 = 2 19 (corresponding to the 20-bit representation).

Mit
KT = 1/400 MHz und F0 = 4.913448 GHz
werden die Parameter des digital gesteuerten Oszillators 4 bezeichnet. KT bezeichnet den Verstärkungsfaktor und F0 bezeichnet die Freilauffrequenz des Oszillators.
With
KT = 1/400 MHz and F0 = 4.913448 GHz
become the parameters of the digitally controlled oscillator 4 designated. KT denotes the amplification factor and F0 denotes the freewheeling frequency of the oscillator.

Zur Vervollständigung der PLL werden noch die Design-Parameter für das Digitalfilter 14 und den DCO-Quantisierer 40 (siehe 5) benötigt. Der Quantisierer 40 soll eine Wortbreite von 14 Bit aufweisen. Es wird angenommen, dass die Übertragungsfunktion der geschlossenen PLL eine Butterworth-Form der dritten Ordnung (–60 dB/Dekade Dämpfung) mit einer Abschneidefrequenz von
fco = 800 kHz
zeigt.
To complete the PLL still the design parameters for the digital filter 14 and the DCO quantizer 40 (please refer 5 ) needed. The quantizer 40 should have a word width of 14 bits point. It is assumed that the transfer function of the closed PLL is a third-order Butterworth form (-60 dB / decade damping) with a cut-off frequency of
fco = 800 kHz
shows.

In den 8 bis 10 werden Simulationsergebnisse einer solchen PLL dargestellt. Dabei wurde eine Hysterese von 2 ps in dem Delta-Sigma Frequenzentscheider 11 zugrunde gelegt.In the 8th to 10 Simulation results of such a PLL are displayed. This resulted in a hysteresis of 2 ps in the delta-sigma frequency discriminator 11 based on.

Im oberen Teil der 8 ist das Gesamtphasenrauschen der PLL im eingeschwungenen Zustand am Frequenzausgang des digital gesteuerten Oszillators 4 über der Frequenz in Hz dargestellt. Im unteren Teil der 8 ist der integrierte mittlere (RMS) Jitter gegenüber der Frequenz in Hz aufgetragen. In beiden Darstellungen repräsentiert die x-Achse den Frequenz-Offset von der Trägerfrequenz Fgoal. Auf den Darstellungen wird das exzellente Jitter-Verhalten ohne störende Frequenztöne deutlich.In the upper part of the 8th is the total phase noise of the PLL in the steady state at the frequency output of the digitally controlled oscillator 4 shown above the frequency in Hz. In the lower part of the 8th the integrated average (RMS) jitter versus frequency is plotted in Hz. In both representations, the x-axis represents the frequency offset from the carrier frequency Fgoal. The illustrations show the excellent jitter behavior without annoying frequency tones.

9 zeigt eine Darstellung, in welcher die Ausgangsfrequenz der PLL über der Zeit (in s) aufgetragen ist. Die Kurve wurde durch eine Simulationsberechnung unter Verwendung der vorstehend angegebenen Parameter ermittelt. Dargestellt ist das Einschwingverhalten der PLL sowie die Reaktion der PLL auf eine plötzliche Parameteränderung in dem digital gesteuerten Oszillator 4. 9 shows a representation in which the output frequency of the PLL over time (in s) is plotted. The curve was determined by a simulation calculation using the parameters given above. Shown is the transient response of the PLL and the response of the PLL to a sudden change in parameters in the digitally controlled oscillator 4 ,

Der digital gesteuerte Oszillator 4 startet bei t = 0 mit einer Freilauffrequenz von 4.913448 GHz. In 9 ist erkennbar, dass nach 2 μs die Zielfrequenz Fgoal von 4.8648 GHz erreicht ist. Die Frequenzänderung beim Einschwingvorgang beträgt 48.648 MHz.The digitally controlled oscillator 4 starts at t = 0 with a freewheeling frequency of 4.913448 GHz. In 9 it can be seen that after 2 μs the target frequency Fgoal of 4.8648 GHz is reached. The frequency change during the transient process is 48,648 MHz.

Parameteränderungen in der digitalen PLL können entweder während des Herstellungsverfahrens oder im Betrieb (z.B. als Temperatur-Drift) auftreten. Im Wesentlichen können nur bei zwei Parametern signifikante Änderungen auftreten: bei dem KT-Wert und bei der Freilauffrequenz. Beide Parameter betreffen den digital gesteuerten Oszillator 4. Der digitale Prozessor 1 ist gegenüber Temperatur-Drifts und anderen Änderungen unempfindlich.Parameter changes in the digital PLL can occur either during the manufacturing process or during operation (eg as a temperature drift). Essentially, significant changes can only occur with two parameters: the KT value and the freewheeling frequency. Both parameters relate to the digitally controlled oscillator 4 , The digital processor 1 is insensitive to temperature drifts and other changes.

Zum Zeitpunkt t = 1.68 μs wird eine plötzliche, stufenartige Änderung des KT-Verstärkungsfaktors im digital gesteuerten Oszillator 4 um 10 % simulativ vorgegeben. 9 zeigt, dass der digital gesteuerte Oszillator 4 nach einer kurzen Übergangszeit wieder zu der Zielfrequenz Fgoal zurückgekehrt ist.At time t = 1.68 μs, a sudden, step change in KT gain occurs in the digitally controlled oscillator 4 simulated by 10%. 9 shows that the digitally controlled oscillator 4 After a short transitional period, Fgoal has returned to the target frequency.

In 10 ist die entsprechende Änderung am Eingang des digital gesteuerten Oszillators 4 (d.h. am Ausgang der Quantisierungs- und Ratenwandlungseinheit 15) dargestellt. Es wird deutlich, dass die bei 1.68 μs auftretende Änderung bestehen bleibt. Der Grund hierfür besteht darin, dass die simulierte Änderung des KT-Verstärkungsfaktors in der geschlossenen Schleife kompensiert werden muss. Ein ähnliches Ergebnis wird bei einer Änderung der Freilauffrequenz des digital gesteuerten Oszillators 4 erhalten.In 10 is the corresponding change to the input of the digitally controlled oscillator 4 (ie at the output of the quantization and rate conversion unit 15 ). It becomes clear that the change occurring at 1.68 μs persists. The reason for this is that the simulated change in KT gain in the closed loop must be compensated. A similar result will be with a change in the freewheeling frequency of the digitally controlled oscillator 4 receive.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung den Entwurf eines zentralen Schaltungsteils von Sendern und Empfängern in einer Technologie ermöglicht, der auch für zukünftige CMOS Technologien mit Strukturweiten deutlich unterhalb des μ-Bereichs geeignet ist, wobei insbesondere die Verwendung von integrierten oder diskreten Kapazitäten vermieden werden kann.In summary It should be noted that the present invention is the design of a central circuit part of transmitters and receivers in one technology allows which also for future CMOS Technologies with feature sizes well below the μ-range in particular the use of integrated or discrete capacities can be avoided.

Claims (10)

Digitaler Phasenregelkreis, mit – einem digital gesteuerten Oszillator (4) zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz, – einer Phasendetektoreinrichtung (11, 12, 13) zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen einer Referenzfrequenz und einer von der Ausgangsfrequenz des Oszillators (4) abhängigen Frequenz, und zum Umsetzen der Phasendifferenz in ein digitales Steuersignal, wobei die Phasendetektoreinrichtung (11, 12, 13) einen Delta-Sigma Frequenzentscheider (11) umfasst, – einem digitalen Schleifenfilter (14), über welches das digitale Steuersignal oder ein von dem digitalen Steuersignal abgeleitetes digitales Signal dem digital gesteuerten Oszillator (4) zur Einstellung der Ausgangsfrequenz zugeleitet wird, und – einer dem Delta-Sigma Frequenzentscheider (11) nachgeschalteten digitalen Frequenzsteuereinrichtung (12) zur Erzeugung eines Frequenzwerte enthaltenden digitalen Signals zur Ansteuerung des Schleifenfilters (14).Digital phase locked loop, with - a digitally controlled oscillator ( 4 ) for generating an output frequency, - a phase detector device ( 11 . 12 . 13 ) for detecting the phase difference between a reference frequency and one of the output frequency of the oscillator ( 4 ) dependent frequency, and for converting the phase difference into a digital control signal, wherein the phase detector means ( 11 . 12 . 13 ) a delta-sigma frequency decider ( 11 ), - a digital loop filter ( 14 ), via which the digital control signal or a digital signal derived from the digital control signal is transmitted to the digitally controlled oscillator ( 4 ) is supplied to adjust the output frequency, and - a delta-sigma frequency decision ( 11 ) downstream digital frequency control device ( 12 ) for generating a frequency signal containing digital signal for driving the loop filter ( 14 ). Digitaler Phasenregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Delta-Sigma Frequenzentscheider (11) einen Mehr-Modulus-Frequenzteiler (20) und einen dem Mehr-Modulus-Frequenzteiler nachgeschalteten Phasenvergleicher (21) umfasst, wobei das Ausgangssignal des Phasenvergleichers (21) einem Steuereingang (23) des Mehr-Modulus-Frequenzteilers (20) zur Auswahl des Teilerfaktors des Mehr-Modulus-Frequenzteilers (20) zurückgekoppelt ist.Digital phase-locked loop according to claim 1, characterized in that the delta-sigma frequency decider ( 11 ) a multi-modulus frequency divider ( 20 ) and a multi-modulus frequency divider downstream phase comparator ( 21 ), wherein the output signal of the phase comparator ( 21 ) a control input ( 23 ) of the multi-modulus frequency divider ( 20 ) for selecting the divider factor of the multi-modulus frequency divider ( 20 ) is fed back. Digitaler Phasenregelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Schleifenfilter (14) von dritter oder höherer Ordnung ist.Digital phase locked loop according to one of the preceding claims, characterized in that the digital loop filter ( 14 ) of third or higher order. Digitaler Phasenregelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Schleifenfilter (14) vom Butterworth-, Bessel-, Chebyshev- oder Cauer-Typ ist.Digital phase-locked loop according to one of the preceding claims, characterized gekennzeich net that the digital loop filter ( 14 ) of the Butterworth, Bessel, Chebyshev or Cauer type. Digitaler Phasenregelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Schleifenfilter (14) ein Wellendigitalfilter ist.Digital phase locked loop according to one of the preceding claims, characterized in that the digital loop filter ( 14 ) is a wave digital filter. Digitaler Phasenregelkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen der digitalen Frequenzsteuereinrichtung (12) und dem digitalen Schleifenfilter (14) angeordneten digitalen Integrator (13).Digital phase locked loop according to claim 1, characterized by a digital frequency control device ( 12 ) and the digital loop filter ( 14 ) arranged digital integrator ( 13 ). Digitaler Phasenregelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dem digitalen Schleifenfilter (14) nachgeschalteten Quantisierer (40, 45), welcher eine Neu-Quantisierung von Eingangswerten auf Ausgangswerte mit reduzierter Wortbreite vornimmt.Digital phase locked loop according to one of the preceding claims, characterized by a digital loop filter ( 14 ) downstream quantizer ( 40 . 45 ) which re-quantizes input values to reduced word width output values. Digitaler Phasenregelkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrate der Ausgangswerte des Quantisierers (40, 45) gegenüber der Abtastrate der Eingangswerte des Quantisierers (40, 45) erhöht ist.Digital phase locked loop according to claim 7, characterized in that the sampling rate of the output values of the quantizer ( 40 . 45 ) compared to the sampling rate of the input values of the quantizer ( 40 . 45 ) is increased. Digitaler Phasenregelkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Takt für den Quantisierer (40, 45) mittels eines Frequenzteilers (42) aus der Ausgangsfrequenz des digital gesteuerten Oszillators (4) abgeleitet wird.Digital phase locked loop according to claim 8, characterized in that the clock for the quantizer ( 40 . 45 ) by means of a frequency divider ( 42 ) from the output frequency of the digitally controlled oscillator ( 4 ) is derived. Digitaler Phasenregelkreis nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantisierer (45) einen Noise-Shaper zur Verschiebung des Phasenrauschens zu höheren Frequenzen hin umfasst.Digital phase locked loop according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the quantizer ( 45 ) includes a noise shaper for shifting the phase noise to higher frequencies.
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